农产品检测之仪器分析技术

PART仪器分析技术概念仪器分析技术

采用比较复杂或特殊的仪器设备，通过测量物质的某些物理或物理化学性质的参数及其变化来获取物质的化学组成、成分含量及化学结构等信息的一类方法。分类仪器分析技术

采用比较复杂或特殊的仪器设备，通过测量物质的某些物理或物理化学性质的参数及其变化来获取物质的化学组成、成分含量及化学结构等信息的一类方法。光谱法01电分析化学方法02色谱法03其它仪器分析方法04仪器分析的分类光谱法的分类紫外-可见分光光度法A原子吸收分光光度法B原子荧光分光度法CPART1紫外-可见分光光光度法定义基于物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法。范畴主要测定对象为金属离子。紫外-可见分光光光度法灵敏度高：10-5—10-6

mol/L,0.001%-0.0001%01仪器设备简单、操作简单、快速02准确度较高：相对误差为2-5%03应用范围广04紫外-可见分光光光度法的特点物质对光的选择性吸收紫外-可见分光光光度法可见光是电磁波的一种，具有波粒二象性。01波长与能量成反比；与频率成正比关系02单色光：是指单一波长的光。03复合光：由不同单色光组成的光。04光的基本性质定义

若两种不同颜色的单色光按一定的强度比例混合得到白光，那么就称这两种单色光为互补光，这种现象称为光的互补。应用

当一束白光照射某一有色溶液时，一些波长的光被溶液吸收，另一些波长的光则透过，溶液的颜色由透射光的波长所决定。吸收光与透射光互为补色光。光的互补绿500～580白光紫400～450青蓝480～490橙600～650青490～500红650～750黄580～600蓝450～480光的互补色示意图不同颜色的可见光波长及其互补光S2分子能级示意图

Eev3v2v1r3r2r1S1S0

Ev

Er物质对光产生选择性吸收的原因物质的颜色与光吸收的关系物质对光的选择性吸收01转动能级间的能量差ΔEr：0.005～0.050eV，跃迁产生吸收光谱位于远红外区。远红外光谱或分子转动光谱；02振动能级的能量差ΔEv约为：0.05～１eV，跃迁产生的吸收光谱位于红外区，红外光谱或分子振动光谱；03电子能级的能量差ΔEe较大1～20eV。电子跃迁产生的吸收光谱在紫外—可见光区，紫外—可见光谱或分子的电子光谱;讨论吸收光谱能准确地描述物质对光的选择性吸收的情况。

最大吸收波长定性依据：不同物质因分子结构不同而具有不同的特征吸收曲线。定量依据：同波长下吸光度随浓度增大而增大。

一般情况下选择最大吸收波长处测定。

吸收曲线吸收曲线讨论（1）同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长λmax（2）不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似λmax不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和λmax则不同。（3）在λmax处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以测定最灵敏。吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据。光吸收的基本定律紫外-可见分光光光度法朗伯－比尔定律朗伯(Lambert)（朗伯定律）比尔(Beer)（比尔定律）朗伯比尔定律

当一束平行光垂直通过某一非散射的吸光物质时，其吸光度（A）与吸光物质的浓度（c）及光程长度（b）成正比关系朗伯比尔定律是光的吸收的基本定律，适用于所有的电磁辐射和所有的吸光物质朗伯比尔定律的物理意义标准曲线的绘制及其应用

标准曲线法是先用纯试剂或与被测试样有相似组分的物质配制不同浓度的标准溶液，以不含试样的空白溶液作参比，测量标准溶液的吸光度，绘制吸光度—浓度曲线，如下图所示，此曲线称标准曲线或工作曲线。然后在同样条件下测定试样溶液的吸光度，再由标准曲线上求出被测元素的含量。吸光光度法的仪器紫外-可见分光光光度法目视比色法光电比色法比色的方法概念用眼睛观察、比较溶液颜色深度以确定物质含量的方法。特点设备简单、操作方便、灵敏度高，准确度差。目视比色法空白c1c2c3c4观察方向

一般采用标准系列法。即在一套等体积的比色管中配置一系列浓度不同的标准溶液，并按同样的方法配置待测溶液，待显色反应达平衡后，从管口垂直向下观察，比较待测溶液与标准系列中哪一个标准溶液颜色相同，便表明二者浓度相等。如果待测试液的颜色介于某相邻两标准溶液之间，则待测试样的含量可取两标准溶液含量的中间值。目视比色法光电比色法通过滤光片得一窄范围的光(20～50nm)光电比色计结构示意图光源单色器吸收池检测系统信号显示系统分光光度计的基本部件光源分光光度计的基本部件

光源应能提供足够发射强度、稳定且波长连续变化的复合光，同时反射光的强度还应不随波长的变化而明显改变。氙灯氢灯钨灯钨灯：400～2500nm氢灯：185～375nm氙灯：200～800nm从光源发出的复合光中分出所需要的单色光。01单色器入射狭缝、准直镜、色散元件（棱镜或光栅）、聚焦镜、出射狭缝。02入射狭缝准直透镜棱镜聚焦透镜出射狭缝白光红紫λ1λ2800600500400棱镜：依据不同波长光通过棱镜时折射率不同。玻璃360～3200nm,石英200～4000nm光栅：利用光通过光栅时发生衍射和干涉现象而分光在镀铝的玻璃表面刻有数量很大的等宽度等间距条痕(6001200、2400/mm)平面透射光栅反射光栅（广泛使用）特点：波长范围宽,色散均匀,分辨性能好,使用方便光栅衍射示意图出射狭缝光屏透镜平面透射光栅检测系统利用光电效应，将光能转换成电流讯号硒光电池，光电管，光电倍增管

适用于300-800nm,在500-600nm范围最灵敏。较长时间连续使用会产生“疲劳”现象吸收池用于盛待测及参比溶液（0.5、1、2、3cm）可见光区：光学玻璃池；紫外区：石英池红敏管（阴极：银和氧化铯）

625-1000nm蓝敏管（阴极：锑铯）

200-625nm1个光子可产生106～107个电子使用波长范围：160-700nm信号显示系统早期的分光光度计：指针式系统如：检流计（72型）、微安表（721型）、电位计（751型）现代的分光光度计：数字电压表、函数记录仪、示波器及数字处理台等010203040506070809010000.10.20.30.40.50.60.70.81.01.5∞吸光度的检测原理紫外-可见分光光光度法

分光光度计实际上测得的是光电流或电压，通过转换器将测得的电流或电压转换为对应的吸光度A调节检测器零点，即仪器的机械零点：A=∞0102应用不含待测组分的参比溶液调节吸光零点：A=003待测组分吸光度的测定：Ax吸光度的测定步骤根据波长分根据结构分可见分光光度计、紫外－可见分光光度计、红外分光光度计单光束分光光度计、双光束分光光度计、双波长分光光度计分光光度计的类型岛津紫外可见分光光度计UV-1700优点结构简单、价格低廉、适用于固定波长下的定量分析缺点由于光源和检测系统的不稳定会产生误差；无法进行吸收光谱的自动扫描；不适用于经常变更测量波长的定性分析。单光束分光光度计光源吸收池RS检测器优点参比和试液的测量几乎同时进行，补偿了因光源和检测系统的不稳定而造成的影响；具有较高的测量精密度和准确度；测量便捷；自动扫描吸收光谱缺点价格较昂贵。双光束分光光度计光源检测器RS本节学习重点1、物质对光的选择性吸收吸光光度法的特点；物质对光的选择性吸收产生的原因；吸收曲线；定性、定量分析分析的依据2、光吸收的基本定律3、标准曲线的绘制与应用PART2原子吸收分光光度法概述原子吸收分光光度法

基于从光源辐射出待测元素的特征谱线，通过试样蒸气时被待测元素的基态原子吸收，由特征谱线被减弱的程度来测定试样中待测元素含量的方法。A都是依据样品对入射光的吸收进行测量的。B两种方法都遵循朗伯-比耳定律。C均由四大部分组成，即光源、单色器、吸收池（或原子化器）、检测器。原子吸收分光光度法与紫外可见吸收光度法相同点原子吸收分光光度法与紫外可见吸收光度法不同点吸收物质的状态不同

紫外可见光谱：溶液中分子、离子，宽带分子光谱，可以使用连续光源。原子吸收光谱：基态原子，窄带原子光谱，必须使用锐线光源。单色器与吸收池的位置不同紫外可见：光源→单色器→比色皿。原子吸收：光源→原子化器→单色器。选择性高，干扰少。共存元素对待测元素干扰少，一般不需分离共存元素。灵敏度高。火焰原子化法：10-9g/mL；石墨炉：10-13g/mL。测定的范围广。测定70多种元素。准确度高。火焰法误差<1%，石墨炉法3%-5％。操作简便、分析速度快。原子吸收分光光度法特点共振线和吸收线共振吸收线原子外层电子从基态跃迁至第一激发态所产生的吸收谱线。共振发射线

原子外层电子从第一激发态直接跃迁至基态所辐射的谱线。共振线

共振发射线和共振吸收线都简称为共振线。原子吸收产生：原子外层电子在能级之间的跃迁共振线：特征谱线，元素的灵敏线吸收曲线轮廓吸收系数Kv随频率v的变化曲线。表征参数：1)中心频率v02)半宽度∆v谱线变宽原因自然宽度没有外界影响时，谱线的固有宽度。多普勒变宽(热变宽)由于原子在空间作无规则运动引起的谱线变宽。压力(碰撞)变宽辐射原子与其他粒子相互作用而产生的谱线变宽。赫尔兹马克变宽同种原子之间相互碰撞。劳伦兹变宽被测原子与其他粒子相互碰撞。原子吸收光谱的测量1）积分吸收在吸收曲线的轮廓内，对吸收系数的积分。2）峰值吸收吸收线中心频率处的峰值吸收系数。峰值吸收代替积分吸收的必要条件1）发射线的中心频率与吸收线的中心频率一致。2）发射线的半宽度远小于吸收线的半宽度(1/5~1/10)。A=KN0b吸光度与待测元素吸收辐射的原子总数成正比。原子吸收定量公式:A=

K’c发射线吸收线原子吸收分光光度计结构光源原子化系统分光系统检测系统单光束分光光度计分类双光束分光光度计可以削除光源不稳定产生的测量误差原子吸收分光光度计结构一、光源1.作用：发射被测元素的特征光谱。2.种类：空心阴极灯、无极放电灯、蒸气放电灯。1)结构阳极：钨或镍棒阴极：待测元素金属内充低压惰性气体2)工作原理：辉光放电3)特点：只有一个操作参数(灯电流)4)灯电流的选择原则：在保证放电稳定和有适当光强输出情况下，尽量选用低的工作电流。原子化系统火焰原子化法01氢化物原子化法03石墨炉原子化法02作用：将试样转化为气态的基态原子，并吸收光源发出的特征光谱。火焰原子化法1.雾化器作用：将试液均匀雾化，除去较大的雾滴2.燃烧器

3.火焰作用：使试样蒸发、干燥、解离（还原），产生大量基态原子。原则：保证待测元素充分离解为基态原子的前提下，尽量采用低温火焰。A空气-乙炔火焰，2600KB乙炔-氧化亚氮(笑气)火焰，3300KC空气-丙烷(煤气)火焰，2200K火焰种类根据待测元素性质选择火焰类型火焰燃气与助燃气比例贫燃火焰助燃气量大，火焰温度低，氧化性较强，适用于碱金属元素测定。化学计量火焰燃助比与化学计量比相近，火焰温度高，干扰少，稳定，常用。富燃火焰燃料气量大，火焰温度稍低，还原性较强，测定较易形成难熔氧化物的元素Mo、Cr、稀土等。石墨炉原子化法1.干燥目的：蒸发除去溶剂。温度：稍高于溶剂的沸点。2.灰化目的：除去易挥发的基体和有机物，减少分子吸收。温度：在保证被测元素不损失的前提下，尽量选择较高的灰化温度以减少灰化时间。石墨炉原子化法3.原子化目的：使待测元素成为基态原子。温度：1800～3000℃。4.净化目的：高温除去管内残渣。操作：停止载气，以延长基态原子在石墨管中的停留时间，提高分析的灵敏度。氢化物原子化法应用测定As、Sb、Bi、Ge、Sn、Pb、Se、Te等元素。原理在酸性介质中，与强还原剂NaBH4(KBH4)反应生成易解离的气态氢化物，送入原子化器中检测。特点原子化温度低、灵敏度高，避免基体干扰。As